第一作者：Zhaojian Liang

通訊作者：李夢(mèng)穎

通訊單位：香港理工大學(xué)

論文速覽

全面了解固態(tài)氧化物電池(SOC)的瞬態(tài)特性對(duì)于推進(jìn)SOC技術(shù)在可再生能源存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換方面的應(yīng)用至關(guān)重要。然而，描述SOC瞬態(tài)和多個(gè)參數(shù)之間關(guān)系的通用公式仍然難以捉摸。

本論文通過全面的數(shù)值分析，發(fā)現(xiàn)了固態(tài)氧化物電池（SOCs）在快速電氣變化下的熱響應(yīng)和氣態(tài)響應(yīng)時(shí)間分別具有兩個(gè)特征時(shí)間（τ_h 和 τ_m）。氣態(tài)響應(yīng)時(shí)間大約為 1τ_m，而熱響應(yīng)時(shí)間大約為 2τ_h。這些特征時(shí)間代表了電池內(nèi)整體的熱和傳質(zhì)速率，并且揭示了它們與各種SOC設(shè)計(jì)和操作參數(shù)的數(shù)學(xué)關(guān)系。

通過與內(nèi)部實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)有文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的比較驗(yàn)證了 τ_h 和 τ_m，顯示出在廣泛的電化學(xué)電池范圍內(nèi)具有相同的數(shù)量級(jí)，展示了它們?cè)诒碚鞫喾N電化學(xué)電池瞬態(tài)行為中的潛在用途。

此外，本文還提供了兩個(gè)示例，展示了這些特征時(shí)間如何能夠在不需要復(fù)雜數(shù)值模擬的情況下簡(jiǎn)化SOC設(shè)計(jì)和控制，從而為提高電化學(xué)電池的效率和耐久性提供了寶貴的見解和工具。

圖文導(dǎo)讀

圖1：SOEC的一般工作原理和結(jié)構(gòu)以及本研究采用的方法論。

圖2：SOCs的瞬態(tài)響應(yīng)

圖3：使用所提出的特征時(shí)間指導(dǎo)SOC設(shè)計(jì)和控制的應(yīng)用場(chǎng)景。

總結(jié)展望

本文提出的兩個(gè)特征時(shí)間τ_h和τ_m為固態(tài)氧化物電池（SOCs）的瞬態(tài)熱和傳質(zhì)提供了量化指標(biāo)，有助于簡(jiǎn)化SOC的設(shè)計(jì)和控制過程。這些特征時(shí)間的發(fā)現(xiàn)不僅驗(yàn)證了SOCs在不同操作條件下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，還為類似結(jié)構(gòu)和流動(dòng)現(xiàn)象的電化學(xué)電池（如質(zhì)子交換膜燃料電池/電解池和質(zhì)子陶瓷燃料電池/電解池）的瞬態(tài)行為提供了理論基礎(chǔ)。未來(lái)的工作可能會(huì)探索不同通道設(shè)計(jì)對(duì)SOCs瞬態(tài)性能的影響，并使用這些特征時(shí)間作為優(yōu)化通道設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Discovering two general characteristic times of transient responses in solid oxide cells

期刊：Nature Communications

DOI：10.1038/s41467-024-48785-1